“双碳”目标下装配式建筑技术发展研究

李江涛 山西应用科技学院

装配式建筑由于简化了传统建筑的建造流程，因此具有施工效率高、工期短、成本低等优势[1]。随着我国“双碳”目标的提出，装配式建筑在建设过程中也必须将“碳达峰”与“碳中和”作为目标，不断发展新的装配式建筑技术。

1 “双碳”目标概述

“双碳”目标即“碳达峰”与“碳中和”这两个目标，它们是我国为实现碳减排所提出的两个阶段奋斗目标[2]。

1.1 碳达峰

碳达峰中的“碳”指的是二氧化碳。碳达峰是指二氧化碳的年排放量达到历史最高值，继而经历平台期进入持续下降的过程。或者说，碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的一个重要拐点，碳达峰目标的实现标志着碳排放与经济发展实现脱钩[3]。

碳达峰的“达峰”目标包括两部分：一是达峰年份；二是峰值。众所周知，目前世界各国的经济发展仍与二氧化碳排放密切相关，尤其是对于我国这种油气资源相对较少而煤炭资源较为丰富的国家而言，经济发展与二氧化碳排放的联系更加密切。若贸然限制碳排放，会对经济发展造成重大影响。因此，做好碳达峰工作是促进我国绿色经济发展以及引领全球经济技术变革的重要途径。

1.2 碳中和

碳中和中的“碳”也指二氧化碳，而“中和”指正负相抵。简单来说，将排出的二氧化碳通过各种形式进行抵消，即“碳中和”。在当前的绿色发展、低碳发展背景下，若想大幅降低二氧化碳的排放量，达到碳中和状态，可以采取以下措施：一是直接减少二氧化碳的排放量，二是通过有效的手段吸收排放的二氧化碳。碳中和的目标，是使二氧化碳的排放量与吸收量之和达到零。例如，当要在生产过程中排放二氧化碳时，先提前根据实际情况测算出一定时间内的二氧化碳排放总量，然后通过节能减排、植树造林等方式来抵消这些排放的二氧化碳，从而实现“零碳排”。碳中和作为一种新型环保理念，近年来已广泛应用在各种大型活动与会议中，有效推动了全社会绿色发展[4]。

2 装配式建筑概述

由预制结构和构件在施工现场装配而成的建筑，称为装配式建筑。在装配式建筑的建造模式方面，可以将其类比为机械设备的生产模式，即先提前在零部件工厂中加工好各类零部件，再将零部件统一运送到机械设备生产工厂中拼装组合成机械设备产品。装配式建筑主要有以下几个特征：一是标准化设计，对各类预制结构和构件实施统一的标准；二是工厂化生产，根据特定的标准提前批量化生产品质统一的预制结构和构件；三是综合成本低，由于减少了现场施工环节，实现了预制结构和构件的批量生产；四是环保节能。

3 “双碳”目标下装配式建筑的建设原则

3.1 节能性原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循节能性原则。近年来，随着我国资源短缺问题日益严峻，如何降低建筑的资源消耗，成为一项重要的研究课题[5]。在装配式建筑的建设过程中需要运用到很多材料，尤其是各类预制结构和构件的制作均离不开对各种材料的应用，必须优选可循环利用的材料，以实现资源节约。同时，为实现节约能源的目标，还要积极应用各种节能技术来提高能源利用率。

3.2 环保性原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循环保性原则。建筑业是污染较严重的一个行业，过去很长一段时间，在建筑业的生产和发展过程中都存在严重的环境污染和生态破坏现象，这显然与我国的生态文明建设要求和“双碳”目标背道而驰。只有建设环保型建筑，使建筑成为城市生态构成中的一部分，与生态环境和谐相处，才符合科学发展观[6]。环保型建筑的建设关键在于顺应自然，尊重自然界的客观规律，寻找亲近自然之道。而装配式建筑是现代建筑的主要发展方向，其在建设过程中同样也要最大化追求环保性。

3.3 以人为本原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循以人为本原则。以人为本强调要符合人的生活习惯和操作习惯，追求既能满足人的功能诉求又能满足人的心理需求。同时，以人为本还是科学发展观的核心，重视人的需求，强调对人的充分尊重、理解和支持。建设装配式建筑的主要目的是为人们打造所需求的居所，因此在装配式建筑的建设过程中必须做到充分尊重人、理解人及关心人[7]。

3.4 宜居性原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循宜居性原则。建筑是供人居住的居所，所以无论建设任何建筑都必须强调宜居性。所谓“宜居”，主要体现在2 个方面：一是舒适；二是健康。

影响建筑舒适度的因素有很多，一切属于人的感知对象的因素都包含在内，如环境空气质量、温度、湿度、光线及声音等，所以在建设装配式建筑的过程中，应将这些因素作为重点考虑对象，通过采用合理的建筑技术对它们进行合理调节[8]。影响建筑健康度的因素也有很多，尤其是建筑材料因素，只有采用无毒、无污染的绿色建筑材料，才能够保证建筑的宜居性。

3.5 经济性原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循经济性原则。建筑是一种造价较高的商品，所以经济效益是建筑项目开发过程中必须考虑的因素。在建设装配式建筑的过程中，虽然要同时追求建筑功能和“双碳”目标，但是也不能忽视其经济效益，尤其不能一味为了实现“双碳”目标而不加节制地增加建筑成本，而应在可允许投入范围内最大限度追求“双碳”目标的实现，尽量减少不必要的支出和资金浪费。

3.6 美观性原则

在“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循美观性原则。目前，人们对建筑的要求不再仅是良好的使用功能，还有优美的外观。因此在建设装配式建筑的过程中，应充分重视建筑的外形美观问题，兼顾建筑使用功能、节能效果、环保效益与美观性来实现最佳的综合建设效果。同时，我国作为一个历史悠久的文明古国，各地区都拥有独特的文化风貌，而这种文化风貌也应体现在当地的装配式建筑建设中，即在建筑建设过程中充分融入地域文化。

4 “双碳”目标下装配式建筑技术的发展

4.1 发展节能门窗技术

门窗的主要功能是交换与流通空气，因此其能耗往往占比较高，通过在装配式建筑建设中应用节能门窗技术，可以有效降低门窗的能耗。首先，在具体实践中，可以选用一些节能性能佳、可降低门窗反射率的新型门窗材料，如节能型玻璃、低辐射玻璃、铝等；其次，结合实际情况合理调节门窗比例、可见光比、遮阳系数及外窗气密性等。借助这些措施，既能保证建筑室内拥有良好的采光效果，又可减少对建筑保温效果的影响，并同时促进“双碳”目标的实现。

4.2 发展外墙保温技术

墙体是建筑主体结构的重要组成部分，墙体保温效果直接影响着建筑的节能效果，因此在装配式建筑建设中，应合理应用墙体保温节能技术。目前，常见的墙体保温节能技术有3 种，分别是外墙保温技术、内保温技术和中间保温技术。其中，内保温技术和中间保温技术由于会对墙体结构及后续墙面装饰施工造成一定的不利影响，因此近年来已逐渐被淘汰。外墙保温技术则是一种新型墙体保温节能技术，拥有广阔的发展前景。通过在装配式建筑建设中应用外墙保温技术，可以大大提高建筑的节能效果，促进“双碳”目标的实现。

4.3 发展屋顶保温技术

屋顶不仅是建筑主体结构的重要组成部分，还是建筑中最易受外界干扰的部分。当建筑的屋顶遭受光照、辐射、雨淋、霜冻及冰雪堆积等不利因素影响时，均会引起整个建筑的能耗增加。基于此，在装配式建筑建设中，应高度重视屋顶保温问题，通过合理应用屋顶保温技术来提高屋顶的抗干扰能力，继而降低建筑能耗。一般情况下，宜选择使用一些热导率低的新型材料铺设屋顶，或者在屋顶适当种植一些绿色植被，以达到屋顶保温的目的。

4.4 发展幕墙节能技术

幕墙是一种建筑外围护结构或装饰结构，其相对主体结构具有一定位移能力或是本身具有一定变形能力，但不分担主体结构的荷载作用力。在装配式建筑建设中，应充分应用幕墙节能技术，在提高建筑幕墙节能效果的同时，促进“双碳”目标的实现。

首先，对建筑周边环境进行全面调查和分析，充分了解环境温度、光照条件、气候条件等，并结合幕墙的功能和性能，选择最佳的幕墙建设方案。其次，充分考虑建筑的朝向、高度、功能等因素，据此进一步优化幕墙建设方案。最后，应结合装配式施工技术进行整体分析，全面总结可能会对幕墙产生影响的各方面因素，然后选择合理、适宜的节能技术，并重点关注幕墙的遮阳、采光、传热性、水密性等性能，保证幕墙的各项状态指标均达标。

在幕墙材料选择中，可选择阳光控制镀膜玻璃、低辐射玻璃、夹层玻璃、中空玻璃及真空玻璃等。另外，要合理选择幕墙的形式，常用的节能型幕墙形式有以下几种。

第一，构件式幕墙。先在工厂内生产立柱、横梁及面板，再运输到施工现场进行安装，安装时先安装立柱再安装横梁，或是先安装横梁再安装立柱，以使立柱、横梁工程组成固定在建筑上的框格，之后再在框格上安装面板。面板的荷载既可以通过横梁或立柱传递给建筑主体结构，又具有良好的隔声降噪能力与保温效果。

第二，单元式幕墙。先在工厂内将墙面板、支撑框架制成幕墙结构，然后再运输到施工现场安装在建筑上，因此具有节约施工时间、技术高标准化、工厂化组装生产等优势。单元式幕墙的单元之间使用结构密封，水密性、气密性较好，在施工现场拼装时无需填注密封胶，可有效解决现场打胶受天气因素影响的问题。

第三，点支式幕墙。其主要由面板与驳接组件支承结构组成，具有构件精巧实用、结构稳固美观、吸收能力强和支撑结构形式多等优点。

第四，呼吸式幕墙。其是一种双层幕墙技术，由内层、外层两层幕墙构成，内层幕墙通常由隐框幕墙、明框幕墙或者具有检修通道与开启窗的门窗组成，外层幕墙则通常由隐框幕墙、明框幕墙或者点支式幕墙组成，由于两层幕墙之间形成了一个相对封闭的空气缓冲层，因此具有隔声、隔热及保温性能良好的优势。

第五，全玻幕墙。其主要由玻璃面板、玻璃肋组成，具有重量轻、易于清洗、易于维护等特点，可实现建筑内外空间的有效融合与流通，并能够突出建筑外围结构的立体感、层次感及艺术感。

4.5 发展内装修集成化施工技术

内装修施工是建筑建设中的一项重点内容，装配式建筑也不例外。在装配式建筑的内装修施工中，宜采用内装修集成化施工技术，将各系统合理地组装起来，以达到节约资源的目的。在具体实践中，需要关注以下几个要点。

第一，各类管线应优先采用集中布置，并尽量在功能复杂、空间狭小的位置布置管线。第二，采用少规格与多组合的方式，尽可能使内装系列化、多样化、丰富化。第三，遵循可逆安装的原则，保证各类预制结构和构件的安装可逆，以方便后续更换。第四，优先采用可调节的结构和构件，这样可以防止在安装过程中出现偏差。第五，管线宜铺设在地面架空层或者吊顶龙骨之间，将管线与结构相分离，充分满足干式工法的实际要求。实践表明，通过采用内装修集成化施工技术，可以有效促进装配式建筑实现“双碳”目标。

4.6 发展BIM 技术

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一种基于建筑的各项真实数据构建工程三维BIM模型，并对建筑工程进行仿真模拟的技术。BIM技术作为现代先进建筑设计技术的代表，具有模拟性、协调性、可视化性等特征。在建设装配式建筑的过程中，BIM 技术的应用尤为关键。基于BIM 技术，可以将装配式建筑的相关信息数据直观、清晰地展示出来，有效提升建设方案的科学性与合理性。此外，BIM 技术还具有模拟安装演示功能，可实现对装配式建筑的有效模拟，以提早发现建设方案中存在的缺陷和不合理之处，并及时改进。

5 结语

“双碳”目标下，装配式建筑在建设过程中应充分遵循节能性、环保性、人本性、宜居性、经济性及美观性等原则，并重点发展节能门窗技术、外墙保温技术、屋顶保温技术、幕墙节能技术、内装修集成化施工技术及BIM 技术等先进装配式建筑技术，以更好地实现“双碳”目标。